DE19924807A1 - Hydropneumatic pressure accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher mit Gasraum und Ölraum und einem diese Räume trennenden Metallbalg, der eine entsprechend Volumenänderungen von Gasraum und Ölraum be wegliche Endplatte aufweist, mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum aus dem und in den Ölraum freigebenden oder sperrenden Ventil und mit einem das Ventil steuernden Ventilstößel, der bei einer Bewegung der End platte, die einer einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergröße rung des Volumens das Gasraumes entspricht, durch die Endplatte in eine das Ventil sperrende Stellung bewegbar ist.The invention relates to a hydropneumatic pressure accumulator with gas space and oil space and a metal bellows separating these spaces, which be a corresponding volume changes of gas space and oil space having a movable end plate with a flow of hydraulic fluid from and into the oil chamber releasing or blocking valve and with a valve tappet that controls the valve and moves the end plate that has a magnification that exceeds a predetermined maximum value tion of the volume corresponds to the gas space through the end plate in a the valve blocking position is movable.
Bekanntermaßen ist bei Metallbalgspeichern eine Hubbegrenzung für die dem Ausziehen und dem Zusammenziehen des Metallbalges entsprechen den Bewegungen der Endplatte erforderlich, um den Balg vor Überbela stungen zu schützen. Bei einem bekannten Druckspeicher der obengenann ten Art, vergleiche WO 97/46823, ist im Hinblick auf dieses Problem der Ventilstößel des am Ölraum angeschlossenen Ventiles relativ zur Endplatte des Metallbalges in solcher Lagebeziehung angeordnet, daß die Endplatte den Ventilstößel bei Erreichen einer gewünschten Endstellung beaufschlagt und in die Sperrstellung des Ventils verschiebt, so daß der Ausstrom von Hydraulikfluidum aus dem Ölraum bei Erreichen dieser Endstellung der Endplatte unterbunden wird. Bei geschlossenem Ventil bleibt somit, selbst wenn das angeschlossene Hydrauliksystem drucklos werden sollte, im Öl raum des Speichers ein Druck aufrechterhalten, der dem im Gasraum mo mentan herrschenden Gasdruck entspricht, so daß am Metallbalg beidseits Druckgleichgewicht herrscht.As is known, there is a stroke limitation for the in bellows accumulators correspond to the extension and contraction of the metal bellows the movements of the end plate required to protect the bellows from overbela to protect stungen. In a known pressure accumulator of the above ten kind, compare WO 97/46823, is with regard to this problem Valve tappet of the valve connected to the oil chamber relative to the end plate the metal bellows arranged in such a positional relationship that the end plate acts on the valve lifter when a desired end position is reached and moves into the blocking position of the valve, so that the outflow of Hydraulic fluid from the oil chamber when this end position is reached End plate is prevented. When the valve is closed, it remains if the connected hydraulic system should become depressurized, in the oil maintain a pressure in the storage space that corresponds to that in the gas space mentally prevailing gas pressure corresponds, so that on both sides of the metal bellows Pressure equilibrium prevails.
Zwar ist dadurch eine Überbelastung der Balges bei Drucklosigkeit des an geschlossenen Hydrauliksystemes verhindert es, besteht jedoch die Gefahr der Beschädigung des Balges bei Zuständen mit auf der Ölseite herrschen dem Überdruck oder bei einem Fehlen des Vorfülldruckes auf der Gasseite. In diesem Falle bewegt sich beim Ausziehen des Balges die Endplatte bis zum mechanischen Anschlag am Speichergehäuse. Bei solcher mechani scher Hubbegrenzung wirkt am Balg entsprechend dem einseitig gegebe nen Überdruck eine Druckdifferenz, die zu Zerstörungen führen kann. Man ist daher bislang gezwungen, dickere und mehrlagige Metallbälge zur An wendung zu bringen. In nachteiliger Weise werden dadurch die Federstei figkeit stark vergrößert und der Federweg der einzelnen Windungen des Balges verkleinert. Die Anwendung dickerer, mehrlagiger Metallbälge führt nicht nur zu erhöhtem Gewicht, sondern auch zu einem verhältnismäßig schlechten Ansprechverhalten bei Druckänderungen.This is an overload of the bellows when there is no pressure on the closed hydraulic system prevents it, but there is a risk damage to the bellows in conditions with on the oil side the overpressure or in the absence of the pre-filling pressure on the gas side. In this case the end plate moves up to when the bellows is pulled out for mechanical stop on the storage case. With such mechani The stroke limitation on the bellows corresponds to that specified on one side overpressure is a pressure difference that can lead to destruction. Man has therefore been forced to use thicker and multi-layer metal bellows bring turn. In a disadvantageous way, the spring ridge ability greatly increased and the travel of the individual turns of the Bellows downsized. The use of thicker, multi-layer metal bellows leads not only to increased weight, but also to a proportionate poor response to pressure changes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher der be trachteten Art zu schaffen, bei dem Überbelastungen des Metallbalges im Betrieb mit Sicherheit vermieden sind.The invention has for its object to be a pressure accumulator sought to create, in which overloading the metal bellows in the Operation are avoided with certainty.
Bei einem hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilstößel mit der Endplatte des Metallbalges fest verbunden und das Ventil durch Bewe gen des Ventilstößels in zwei zueinander entgegengesetzte Sperrstellungen sperrbar ist, die Endstellungen der Endplatte des Metallbalges beim vorge gebenen Größtwert bzw. bei einem vorgegebenen Kleinstwert des Volu mens des Gasraumes entsprechen. In a hydropneumatic pressure accumulator of the type mentioned This object is achieved in that the valve lifter with the end plate of the metal bellows and the valve by moving the valve lifter in two opposite locking positions is lockable, the end positions of the end plate of the metal bellows when pre given maximum value or for a given minimum value of the vol men of the gas space.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene feste Verbindung des Ventilstö ßels mit der Endplatte des Balges eröffnet sich die Möglichkeit, beide End stellungen der Endplatte des Balges durch das Ventil arn Ölraum zu steuern. Während bei dem bekannten Druckspeicher der eingangs genannten Art lediglich die dem größten zulässigen Volumen des Gasraumes entspre chende Endstellung der Endplatte dadurch festlegbar ist, daß durch Schlie ßen des ölseitigen Ventiles Druckausgleich am Balg hergestellt wird, ist bei der Erfindung der Ventilstößel auch bei der durch Überdruck auf der Ölsei te bewirkten Bewegung der Endplatte in die Sperrstellung des Ventils über führbar. Somit kann auch diese Endstellung durch Herbeiführen des Druck ausgleichs am Balg festgelegt werden, also ohne auf den Bafg einwirkende mechanische Mittel.Due to the fixed connection of the valve fault provided according to the invention The end plate of the bellows opens up the possibility of both ends to control the positions of the end plate of the bellows through the valve in the oil space. While in the known pressure accumulator of the type mentioned only that corresponds to the largest permissible volume of the gas space The end position of the end plate can be determined by closing the oil-side valve pressure equalization on the bellows is at the invention of the valve lifter also in the case of excess pressure on the oil te effect movement of the end plate in the locked position of the valve feasible. Thus, this end position can also be brought about by applying the pressure compensation on the bellows, so without affecting the Bafg mechanical means.
Wenn beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckspeichers einmal das Druckgleichgewicht zwischen Gas-Vorfülldruck im Gasraum und Hydrau likdruck im Ölraum hergestellt ist und die Endplatte des Metallbalges bei geöffnetem Ölventil sich zwischen ihren vorgegebenen Endstellungen be findet, dann bleibt dieser Betriebszustand des Druckausgleiches am Balg im Betrieb erhalten, ungeachtet dessen, wie stark der Hydraulikdruck der Öl seite gegenüber dem Gas-Vorfülldruck absinken mag, weil bei Erreichen der gewünschten Endstellung das Ventil schließt und der Abstrom aus dem Öl raum unterbunden wird, und auch ungeachtet dessen, wie stark der Hy draulikdruck relativ zum Gas-Vorfülldruck ansteigen mag, weil bei Errei chen der diesbezüglichen Endstellung der Endplatte das Ventil wiederum geschlossen wird, so daß kein Zustrom zum Ölraum mehr möglich ist.If once during the operation of the pressure accumulator according to the invention Pressure equilibrium between gas pre-filling pressure in the gas space and hydrau pressure is produced in the oil chamber and the end plate of the metal bellows open oil valve between their predetermined end positions finds, this operating state of the pressure equalization on the bellows remains in the Get operation regardless of how strong the hydraulic pressure of the oil side may decrease compared to the gas pre-filling pressure, because when the desired end position the valve closes and the outflow from the oil space is prevented, and regardless of how strong the Hy draulic pressure may rise relative to the gas pre-filling pressure because of errei Chen the relevant end position of the end plate, the valve in turn is closed, so that an inflow to the oil space is no longer possible.
Da der Metallbalg im Gleichgewichtszustand arbeitet, kann eine leichte Bauweise des Metallbalges angewendet werden, was nicht nur zur Ge wichtsverringerung, sondern auch zu einem besonders guten Ansprechver halten führt.Since the metal bellows works in a state of equilibrium, an easy one Construction of the metal bellows are used, which is not only Ge weight reduction, but also to a particularly good response keep leads.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing Exemplary embodiments explained in detail. Show it:
Fig. 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt eines Ausfüh rungsbeispiels des Druckspeichers und Fig. 1 is a schematically simplified longitudinal section of an exemplary embodiment of the pressure accumulator and
Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt eines zweiten Ausfüh rungsbeispieles. Fig. 2 shows a longitudinal section similar to FIG. 1 of a second exemplary embodiment.
Der in Fig. 1 gezeigte Druckspeicher weist ein als Ganzes mit 1 bezeichne tes Gehäuse mit einem im wesentlichen kreiszylinderförmigen Innenraum auf. Das Gehäuse 1 ist mit einem bodenseitigen Hydraulikanschluß 2 ver sehen und weist in seinem dem Hydraulikanschluß 2 entgegengesetzten Deckelteil 3 eine Gas-Füllöffnung auf, die durch einen Stopfen 5 verschlos sen ist und es ermöglicht, durch Befüllen mit einem kompressiblen Gas im angrenzenden Gasraum 7 einen gewünschten Gas-Vorfülldruck herzustel len. Als Trennelement zwischen diesem Gasraum 7 und einem Ölraum 8, mit dem ein nicht gezeigtes Hydrauliksystem über den Hydraulikanschluß 2 in Verbindung ist, dient ein Metallbalg 9, der eine kreiszylindrische Form besitzt und am einen Ende durch eine Endplatte 11 abgeschlossen ist. Der Außendurchmesser des Balges 9 ist etwas geringer als der Innendurchmes ser des Gehäuses 1. An seinem der Endplatte 11 entgegengesetzten, offenen Ende ist der Balg 9 mit dem Gehäuse 1 bei 13 dicht verschweißt, so daß der Balg 9 zusammen mit der Endplatte 11 ein dichtes Trennelement zwischen dem Ölraum 8 (das ist bei Fig. 1 der Innenraum des Balges 9) und dem Gas raum 7 bildet.The pressure accumulator shown in Fig. 1 has a housing designated as a whole with 1 with a substantially circular cylindrical interior. The housing 1 is seen with a hydraulic connection 2 at the bottom and has in its cover part 3 opposite the hydraulic connection 2 a gas filling opening which is closed by a stopper 5 and makes it possible to fill one with a compressible gas in the adjacent gas space 7 to produce the desired gas priming pressure. A metal bellows 9 , which has a circular cylindrical shape and is closed at one end by an end plate 11 , serves as a separating element between this gas space 7 and an oil space 8 , with which a hydraulic system (not shown) is connected via the hydraulic connection 2 . The outer diameter of the bellows 9 is slightly less than the inner diameter of the housing 1 . At its open end opposite the end plate 11 , the bellows 9 is tightly welded to the housing 1 at 13, so that the bellows 9 together with the end plate 11 form a tight separating element between the oil space 8 (this is the interior of the bellows in FIG. 1) 9 ) and the gas space 7 forms.
Der Hydraulikanschluß 2 enthält ein doppeltwirkendes Ölventil 15 mit zwei Ventilsitzen 17 und 18, die jeweils durch Kegelflächen gebildet sind. Mit den Ventilsitzen 17, 18 wirken Sperrkörper in Form von Ventilkegeln 20 bzw. 21 zusammen, die an einem Ventilstößel 23 angebracht sind, der an der Innenseite der Endplatte 11 des Balges 9 befestigt und zusammen mit der Endplatte 11 bei deren Hubbewegungen in Richtung einer Längs achse 25 hin und her beweglich ist. Die auf die Längsachse 25 bezogenen axialen Abstände zwischen den Ventilsitzen 17 und 18 und den zugeordne ten Ventilkegeln 20 bzw. 21 am Ventilstößel 23 sind so gewählt, daß bei einer vorgegebenen Hubweglänge, um die sich die Endplatte 11 in der Fig. 1 nach unten bewegt, wenn der Hydraulikdruck im Ölraum 8 geringer wird als der Gas-Vorfülldruck, der Ventilkegel 20 den Ventilsitz 17 erreicht, so bald die Endplatte 11 bei dieser Hubbewegung eine gewünschte Endstel lung erreicht hat. Somit wird das Ölventil 15 gesperrt, so daß kein weiterer Ausstrom von Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölraum 8 stattfindet, der Hy draulikdruck im Ölraum 8 somit konstant bleibt und sich bei dieser Endstel lung der Endplatte 11 Druckgleichgewicht am Balg 9 einstellt.The hydraulic connection 2 contains a double-acting oil valve 15 with two valve seats 17 and 18 , which are each formed by conical surfaces. With the valve seats 17 , 18 cooperate blocking bodies in the form of valve cones 20 and 21 , respectively, which are attached to a valve tappet 23 which is fastened to the inside of the end plate 11 of the bellows 9 and together with the end plate 11 during their lifting movements in the direction of a longitudinal direction axis 25 is movable back and forth. The related to the longitudinal axis 25 of axial distances between the valve seats 17 and 18 and the associated arrange ten valve cones 20 and 21 on the valve plunger 23 are selected such that at a predetermined Hubweglänge, the end plate 11 is moved to downward in FIG. 1 when the hydraulic pressure in the oil chamber 8 is lower than the gas pre-filling pressure, the valve cone 20 reaches the valve seat 17 as soon as the end plate 11 has reached a desired end position during this stroke movement. Thus, the oil valve 15 is locked so that no further outflow of hydraulic fluid from the oil chamber 8 takes place, the hy draulic pressure in the oil chamber 8 thus remains constant and 11 at the end position of the end plate 11 pressure balance on the bellows 9 is set.
Bei durch Anstieg des Hydraulikdruckes bewirkter Hubbewegung in der entgegengesetzten Richtung (in Fig. 1 nach oben) kommt der Ventilkegel 21 zur Anlage am Ventilsitz 18, um bei Erreichen der diesbezüglichen Endstel lung der Endplatte 11 das Ölventil 15 wiederum zu sperren, so daß der Zu strom von Hydraulikflüssigkeit zum Ölraum 8 unterbunden und somit wie derum Druckgleichgewicht am Balg 9 zwischen Ölraum 8 und Gasraum 7 hergestellt wird, um die entsprechende Endstellung der Endplatte 11 wie derum zu definieren.When lifting movement caused by an increase in the hydraulic pressure in the opposite direction (upwards in FIG. 1), the valve cone 21 comes to rest on the valve seat 18 in order to block the oil valve 15 again when the end plate 11 in question has been reached, so that the valve flow of hydraulic fluid to the oil chamber 8 is prevented and thus how the pressure equilibrium is produced on the bellows 9 between the oil chamber 8 and the gas chamber 7 in order to define the corresponding end position of the end plate 11 again.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist im Gegensatz zum Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 1 der Innenraum des Balges 9 dem Deckelteil 3 des Gehäuses 1 zugewandt, wo sich der Gasanschluß befindet. Somit bildet der Innenraum des Balges 9 den Gasraum 7, während die Außenseite des Bal ges 9 den Ölraum 8 begrenzt, in den der Hydraulikanschluß 2 mündet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilstößel 23 des Ölventils 15 an der Außenseite der Endplatte 11 des Balges 9 befestigt. Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei dem Beispiel von Fig. 1; d. h. bei Hubbewegungen der Endplatte 11 in beiden Richtungen entlang der Längsachse 25 kommen die Ventilkegel 20, 21 bei Erreichen der betreffenden Endstellung jeweils zur Anlage an den zugehörigen Ventilsitzen 17 bzw. 18, um die Zufuhr oder Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit in den bzw. aus dem Ölraum 8 zu sperren und die entsprechenden Endstellungen der Endplatte 11 des Balges 9 zu definieren.In the exemplary embodiment of FIG. 2, in contrast to the exemplary embodiment of FIG. 1, the interior of the bellows 9 faces the cover part 3 of the housing 1 , where the gas connection is located. Thus the interior of the bellows 9 forms the gas space 7, while the outside of the Bal ges the oil chamber 8 bounded 9, opens into the hydraulic connection of the second In this embodiment, the valve lifter 23 of the oil valve 15 is attached to the outside of the end plate 11 of the bellows 9 . The mode of operation is the same as in the example of FIG. 1; that is, when the end plate 11 is moved in both directions along the longitudinal axis 25 , the valve cones 20 , 21 come into contact with the associated valve seats 17 and 18 when the relevant end position is reached, in order to supply or discharge hydraulic fluid into and from the oil chamber 8 to lock and to define the corresponding end positions of the end plate 11 of the bellows 9 .
Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Scheitel der Kegelflächen der Ventilkegel 20 und 21 einander zugekehrt, und die Ventilsitze 17 und 18 befinden sich axial zwischen den Ventilkegeln 20 und 21. In vorteilhafter Weise führt bei dieser Anordnung ein Druckgradient, wie er sich bei einem nicht vollkommenen Sperren des Ventils 15 am Balg 9 ergeben würde, zu einem entsprechenden Anstieg der Anpreßkraft zwischen Ventilkegeln 20 oder 21 an den zugehörigen Ventilsitzen 17 bzw. 18.In both exemplary embodiments, the apices of the conical surfaces of the valve cones 20 and 21 face each other, and the valve seats 17 and 18 are located axially between the valve cones 20 and 21 . In this arrangement, a pressure gradient, which would result if the valve 15 was not completely blocked on the bellows 9 , advantageously leads to a corresponding increase in the contact pressure between valve cones 20 or 21 on the associated valve seats 17 and 18 .
In den Figuren sind die axialen Abstände der Ventilsitze 17, 18 des Ventiles 15 und der Ventilkegel 20 und 21 lediglich beispielhaft angegeben. Diese Abstände können nach Wunsch so gewählt werden, daß sich für die End platte 11 des Balges 9 im Betrieb eine gewünschte Arbeits-Hublänge zwi schen den jeweils hydropneumatisch definierten Endstellungen ergibt.In the figures, the axial distances between the valve seats 17 , 18 of the valve 15 and the valve cone 20 and 21 are only given as examples. These distances can be chosen as desired so that there is a desired working stroke length between the respective hydropneumatically defined end positions for the end plate 11 of the bellows 9 in operation.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Bauweise des Ventils 15 beschränkt ist, bei der die Ventilsitze 17, 18 als Kegelflächen und die Ventil-Sperrkörper als Ventilkegel 20, 21 ausgebildet sind. Beispielsweise könnten die Sperrkörper platten- oder tellerartig ausge bildet sein. Auch könnten die Sperrkörper und/oder die Ventilsitze mit wei chen Dichtkörpern ausgerüstet sein, beispielsweise mit in Nuten aufge nommenen O-Ringen. Andersartige Ventilvarianten könnten ebenfalls an gewendet werden, die dazu geeignet sind, durch eine Steuerbewegung des Ventilstößels in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen in die Sperrstellung überführt zu werden.It is understood that the invention is not limited to the construction of the valve 15 described above, in which the valve seats 17 , 18 are designed as conical surfaces and the valve blocking bodies as valve cones 20 , 21 . For example, the locking body could be plate-like or plate-like. The blocking body and / or the valve seats could also be equipped with white sealing bodies, for example with O-rings accommodated in grooves. Other types of valve could also be used which are suitable for being brought into the blocking position by a control movement of the valve tappet in two opposite directions.
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